超宽带无线通信技术

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超宽带无线通信技术(1)
王德强，李长青，乐光新  




    近年来，超宽带(UWB)无线通信成为短距离、高速无线网络最热门的物理层技术之一。许多世界著名的大公司、研究机构、标准化组织都积极投入到超宽带无线通信技术的研究、开发和标准化工作之中。为了使读者对UWB技术有所了解，本讲座将分3期对UWB技术进行介绍：第1期讲述UWB的产生与发展、技术特点、信号成形及调制与多址技术，第2期对UWB信道、系统方案及接收机关键技术进行介绍，第3期介绍UWB的应用前景及标准化情况。

1 UWB的产生与发展
    超宽带(UWB)有着悠久的发展历史，但在1989年之前，超宽带这一术语并不常用，在信号的带宽和频谱结构方面也没有明确的规定。1989年，美国国防部高级研究计划署(DARPA)首先采用超宽带这一术语，并规定：若信号在-20 dB处的绝对带宽大于1.5 GHz或相对带宽大于25%，则该信号为超宽带信号。此后，超宽带这个术语才被沿用下来。绝对带宽和相对带宽定义如下：


    绝对带宽BWAbsolute =f H -f L,相对带宽             。
其中，f H为信号在-20 dB辐射点对应的上限频率、f L为信号在-20 dB辐射点对应的下限频率。图1给出了带宽计算示意图。可见，UWB是指具有很高带宽比(射频带宽与其中心频率之比)的无线电技术。






    为探索UWB应用于民用领域的可行性，自1998年起，美国联邦通信委员会(FCC)开始在产业界广泛征求意见。美国NTIA等通信团体对此大约提交了800多份意见书。

    2002年2月，FCC批准UWB技术进入民用领域，并对UWB进行了重新定义，规定UWB信号为相对带宽大于20%或-10 dB带宽大于500 MHz的无线电信号。根据UWB系统的具体应用，分为成像系统、车载雷达系统、通信与测量系统三大类。根据FCC Part15规定，UWB通信系统可使用频段为3.1 GHz～10.6 GHz。为保护现有系统(如GPRS、移动蜂窝系统、WLAN等)不被UWB系统干扰，针对室内、室外不同应用，对UWB系统的辐射谱密度进行了严格限制，规定UWB系统的最高辐射谱密度为-41.3 dBm/MHz.。图2示出了FCC对室内、室外UWB系统的辐射功率谱密度限制。当前，人们所说的UWB是指FCC给出的新定义。